ARM与FPGA的接口实现.ppt

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1、6CHAPTER基于SOPC的嵌入式系统开发提要1.SOPC概述2.FPGA的嵌入式处理器3.SOPC开发工具及开发流程4.嵌入式系统应用实例可编程片上系统芯片SOPC（SystemOnaProgrammableChip）是Altera公司于2000年提出的一种灵活高效的SOC解决方案，SOPC利用可编程逻辑技术把整个电子系统集成在一个单片上，是一种特殊的嵌入式系统芯片。与可编程逻辑器件一样，SOPC的设计也仅需完成前端设计，故其设计投入比较少，设计方法灵活，SOPC的系统功能可裁减、易扩充，结合了SOC和CPLD、FPGA的优点。作为一种系统级芯片，SOPC具有低的设计成本和开发风险，从而

2、获得广泛的应用。1SOPC概述传统数字系统设计：FPGA和处理器分离；FPGA（数字系统的接口、控制、逻辑控制和复杂数字信号处理或数据处理算法的协处理）；电路规模较大、设计复杂，功耗较高、保密性也较差。FPGA工艺的发展使FPGA的容量愈来愈大，一款低端FPGA就可能具有比几年前最高端FPGA更大的容量和资源。容量的增加和性能的提升允许在FPGA内部实现硬核或软核处理器，从而实现更高的系统集成度。1SOPC概述SOPC具有如下特点：1．至少包含一个嵌入式处理器内核。2．具有一定容量的片内高速RAM。3．具有足够的片上可编程逻辑资源。4。具有处理器调试接口和编程接口。1SOPC概述各主流FPG

3、A厂商都在FPGA产品中提供了嵌入式硬核或软核处理器的支持2FPGA的嵌入式处理器2FPGA的嵌入式处理器-软核Nios/Nios2Nios/Nios2由Altera公司推出，Nios出现于2000年，专门针对Altera的FPGA进行了优化，是一种可配置的16/32位RISC处理器，采用5级流水线，哈佛结构;MicroBlazeMicroBlaze是Xilinx公司推出的32位、哈佛结构的RISC处理器，专门针对Xilinx的FPGA进行了优化，主要应用于网络、电信、数据通信、嵌入式和消费市场的复杂系统。MicroBlaze使用32位指令集，3级流水，有32个32位的通用寄存器，可选的硬件

4、乘法器，不支持用户自定义指令、协处理器、Cache、MMU，外部总线主要使用IBM的CoreConnect标准。2FPGA的嵌入式处理器Leon2Leon3Leon2Leon3由JiriGaisle个人开发，受到欧洲航天局工作的支持。Leon2使用VHDL描述，分为两个版本：标准版和容错(FaultTolerant)版。标准版是一种开源的软核，使用GNULGPL授权协议，可以免费地应用于研究、教学和商业目的。OpenRISC1200OpenRISC1200是OpenRISC系列RISC处理器内核的一员。OpenRISC是由OpenCores组织负责开发和维护的，免费、开源的RISC处理器

5、内核家族。OpenRISC包括OpenRISC1000和OpenRISC2000两个体系。2FPGA的嵌入式处理器-软核是否需要在FPGA中嵌入处理器？FPGA适合用于逻辑控制、接口控制、规则数据处理，设计具有复杂算法和逻辑控制系统时，需要结合使用嵌入式处理器对系统集成度要求较高，将处理器嵌入FPGA能最大限度地提高系统集成度，降低系统设计复杂度，加快上市时间。对需求变化提供较大的灵活性，在FPGA中嵌入处理器较为合适。FPGA与芯片处理器的结合的优点是无须重做一块新PCB或采用新的处理器就能够对软、硬件进行调试，对变更进行测试。2FPGA的嵌入式处理器选择软核处理器还是硬核处理器？对处理器

6、的性能要求不高（仅要求几个到一两百个DMIPS，采用不多的FPGA资源就可以，则采用嵌入软核处理器是合适的选择。需要数据、协议处理能力超过300DMIPS，且难以由多个处理器分担，则采用1,100MIPS的高性能PowerPC嵌入硬核处理器较合适。FPGA中嵌入的处理器应当与FPGA及其所面向的市场、应用需求相匹配。在中低性能FPGA中采用MicroBlaze、Nios/NiosII等软核处理器，在高性能平台FPGA中采用PowerPC高性能硬核处理器。例如采用Spartan3FPGA中的MicroBlaze软核处理器实现中低复杂度系统控制和低速协议处理，采用Vitex-5FXT平台FPGA

7、中的PowerPC440实现大批量的数据处理和复杂的高速网络协议处理。2FPGA的嵌入式处理器选择通用处理器还是专用处理器？在性能均等的情况下，采用专用处理器还是通用的ARM、PowerPC处理器，主要取决于对工具包的支持情况和对可移植性的需求。为有效实现与FPGA逻辑的整合，专用处理器一般需要厂商自己提供的编译、仿真、调试工具。如果集成ARM、PowerPC等通用处理器则可以更多地采用GCC、GDB等通用开